專利名稱：高分辨率多功能彩色圖像表面噴印機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種在被加工工件(金屬、陶瓷、玻璃、紙制品和食品等)表面制作彩色圖案文字(圖形)的噴印設(shè)備，尤其涉及是一種高分辨率多功能彩色圖像表面噴印機(jī)。
傳統(tǒng)的表面圖彩色圖象加工工藝多為手工繪制、絲網(wǎng)漏印或彩色膠印，其加工效率低，制版周期長，制作成本高，而且已制成的版難以修改等應(yīng)運(yùn)而生的各式圖象噴印機(jī)一般也只是對薄平件的處理，對一些具有一定厚度或凸凹不平的加工部件則無能為力。
本實(shí)用新型的目的是提供一種高分辨率多功能彩色圖像表面噴印機(jī)，其適用范圍廣且制圖快捷、編輯靈活。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下設(shè)計方案一種高分辨率多功能彩色圖像表面噴印機(jī)，是由噴印頭、噴印控制裝置及機(jī)座構(gòu)成，所述的噴印頭由基座、工作臺、裝有滴墨墨盒的懸臂梁組成；工作臺安裝在基座的上面，并與可調(diào)整工作臺與懸臂梁之間距離的調(diào)整機(jī)構(gòu)的蝸軸相固定；在基座上導(dǎo)軌基面處安裝一供懸臂梁在Y方向行進(jìn)的圓導(dǎo)軌；滴墨墨盒X向往復(fù)運(yùn)動的驅(qū)動皮帶、懸臂梁Y軸向行進(jìn)的驅(qū)動皮帶受牽于X、Y軸向驅(qū)動電機(jī)；Z軸向驅(qū)動電機(jī)與調(diào)整機(jī)構(gòu)聯(lián)接，X、Y、Z軸向驅(qū)動電機(jī)、滴墨墨盒的噴頭受控于主控制電路。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖圖2為噴印頭結(jié)構(gòu)示意圖圖3為調(diào)整機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖圖4為滾動運(yùn)動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖圖5為工作時墨盒沿X與Y方向運(yùn)動軌跡圖圖6為本實(shí)用新型電控制原理方框圖圖7為本實(shí)用新型電原理圖(Z軸電路)圖8為本實(shí)用新型電原理圖(X、Y微處理器)圖9為本實(shí)用新型電原理圖(X、Y存儲器)
圖10為本實(shí)用新型電原理圖(門陣電路)
圖11為本實(shí)用新型電原理圖(X、Y驅(qū)動器、噴頭驅(qū)動器)
圖12為本實(shí)用新型電原理圖(電源部分)如
圖1所示，本實(shí)用新型由噴印頭1、噴印控制裝置2及機(jī)座3構(gòu)成。為監(jiān)視圖像處理效果，可配有顯示器4。
噴印頭1是本實(shí)用新型的一個非常重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如圖2所示它由以下的幾個部分組成基座101、工作臺102、懸臂梁103。
基座101是安裝工作臺、懸臂梁的基礎(chǔ)，它采用鋁合金鑄造而成；工作臺102安裝在基座的上面，并可以通過安置在工作臺下的調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)工作臺與懸臂梁之間的距離。調(diào)整機(jī)構(gòu)采用了典型蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)(參見圖3)，蝸桿501與X軸向步進(jìn)電機(jī)連接，蝸輪502是特別設(shè)計的，它的內(nèi)孔加工成梯形螺紋；與它相配合的蝸輪軸504同時加工成一根梯形螺紋軸，蝸輪502安裝在蝸輪殼體503中，當(dāng)蝸輪旋轉(zhuǎn)時它的內(nèi)孔上的梯形螺紋螺母同時旋轉(zhuǎn)，并使得不做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的蝸軸504作軸向的移動，蝸軸的一端與工作臺102相固定，當(dāng)蝸軸作軸向移動時同時可帶動工作臺移動而達(dá)到調(diào)節(jié)工作臺與懸臂梁之間的距離目的。
噴印頭的懸臂梁103安裝在基座101上，在基座上的導(dǎo)軌基面處安裝了一根圓導(dǎo)軌1011，以保證懸臂梁在Y軸方向移動時的運(yùn)動精度，導(dǎo)軌的安裝和加工精度要求比較高，導(dǎo)軌在全長上不直度的誤差不大于0.01毫米。
與圓導(dǎo)軌相接觸的是安裝在懸臂梁下部的為保證懸臂梁在Y軸方向上運(yùn)動時減少摩擦阻力的滾輪1012(如圖4所示)，滾輪共有兩排，每排有兩個滾輪。懸臂梁在Y軸方向的運(yùn)動采用滾輪，其目的是為減少懸臂梁在Y軸方向運(yùn)動時的摩擦阻力，使懸臂梁在Y軸方向做運(yùn)動時不丟步。
工作時懸臂梁要沿著安裝在基座上與Y軸平行的圓導(dǎo)軌運(yùn)動，而懸臂梁的總重量約1.5公斤，Y軸方向的驅(qū)動是由步進(jìn)電機(jī)、齒輪、齒型帶實(shí)現(xiàn)的。
采用懸臂梁設(shè)計方案的另一考慮是從實(shí)際應(yīng)用時為方便放置噴印工件程度而定的。
在懸臂梁的懸臂中安裝了一根與懸臂梁平行的圓柱導(dǎo)向軸1031(即X軸)，墨盒1032及墨盒安裝架就安裝在這一軸上，工作時墨盒及墨盒安裝架沿圓柱導(dǎo)向軸(X軸向)做往復(fù)運(yùn)動，運(yùn)動坐標(biāo)參見圖5，工作過程如下墨盒安裝架及墨盒(以下簡稱墨盒)首先沿X軸由X’向Xmax移動，當(dāng)墨盒移至Xmax后墨盒向相反方向移回X’處，此時墨盒沿Y軸方向由Y’向Ymax方向移動一個單位ΔY；墨盒就又沿X軸方向由X’向Xmax方向移動一個往返，此時墨盒又沿Y軸方向由Y’向Ymax方向移動一個單位ΔY；墨盒就又沿X軸方向由X’向Xmax方向移動一個往返，就這樣墨盒在X軸方向反復(fù)的運(yùn)動，而同時又不停地完成Y軸方向由Y’向Ymax點(diǎn)的運(yùn)動。墨盒的運(yùn)動軌跡就將整個X’-Xmax與Y’-Ymax所包絡(luò)的平面全部掃描了一遍；在墨盒掃描的同時，墨盒在數(shù)據(jù)處理器的控制下將以三基色的配色原理組合成的各種不同顏色滴噴在所需要的位置，以形成所需的圖案。墨盒安裝架與圓柱導(dǎo)向軸之間采用滑動摩擦配合，這是因?yàn)槟屑澳邪惭b架的重量很輕，采用滑動摩擦配合不會影響在X軸方向上的運(yùn)動；墨盒的驅(qū)動是由步進(jìn)電機(jī)帶動齒輪、齒型帶、牽動墨盒架及墨盒做X軸方向的往復(fù)運(yùn)動的。
為了保證高分辨率多功能彩色圖像表面多功能噴印機(jī)的噴印頭在工作時掃描噴繪出的圖案的質(zhì)量，要求噴印頭與被噴印物表面的距離始終保持在一定范圍內(nèi)，不可過大或過小(一般應(yīng)在1-3mm)之間；這就是說要求噴印頭與被噴印物表面的距離要Z軸向進(jìn)行調(diào)整，本機(jī)器在Z方向的調(diào)整機(jī)構(gòu)就是為解決這問題的，Z方向的調(diào)整是由驅(qū)動電機(jī)帶動蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，從而推動與蝸桿軸相固定的噴印頭的工作臺移動，改變工作臺與墨盒之間的距離，達(dá)到調(diào)整目的。
以上墨盒及墨盒安裝架在X軸方向以及懸臂梁在Y軸方向的運(yùn)動和工作臺在Z軸方向的運(yùn)動，是由安裝在X、Y、Z軸上的三只驅(qū)動電機(jī)完成的，為保證在X、Y、Z三個方向上的協(xié)調(diào)一至；三只電機(jī)采用了步進(jìn)電機(jī)，并由主控制電路控制，由其數(shù)據(jù)處理器發(fā)出指令給X、Y、Z三軸向的驅(qū)動電機(jī)，使三個軸向的運(yùn)動單元可以協(xié)調(diào)一致。
懸臂梁采用了薄鋼板加工而成，在一側(cè)安裝了墨盒架、圓導(dǎo)軌，而另一側(cè)安裝了驅(qū)動墨盒的電路控制板以及控制墨盒和懸臂梁運(yùn)動的位移傳感器，用以控制和反饋墨盒、懸臂梁的運(yùn)動狀態(tài)。
在X軸方向，步進(jìn)電機(jī)帶動一齒輪，齒輪是安裝在步進(jìn)電機(jī)軸上的，齒輪帶動一在X軸方向上的與墨盒架相聯(lián)接固定的齒型帶1033實(shí)現(xiàn)傳動的。
在Y軸方向，一齒型帶與懸臂梁相聯(lián)接固定，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)接運(yùn)動指令后每動一步即可帶動懸臂梁移動一步。
在這里采用齒輪及齒型帶傳動的目的是為了防止當(dāng)電機(jī)運(yùn)動時X軸上的墨盒架和Y軸上的懸臂梁因丟步而造成運(yùn)動的不協(xié)調(diào)。
機(jī)座3采用不銹鋼板料加工成直角狀后，焊接成一立體框架。在框架的外表面加裝由特殊材質(zhì)的耐火材料板制成的外裝飾板，外裝飾板的表面采用橡木紋理的裝飾圖案，木本色，表面有相當(dāng)?shù)挠捕?，防火、阻燃、耐磨并有一定能抗鈍器劃傷的性能。
機(jī)器的底部安裝了四只腳輪，以便于機(jī)器在使用中移動位置，另外在機(jī)器的底部同時安裝了三只支撐座，它是由絲杠和絲母組成，當(dāng)機(jī)器移動至工作位置后，將三只支撐座調(diào)整至與地面接觸并支撐起機(jī)器，使四只腳輪不在與地面接觸，從而將機(jī)器相對固定在工作位置，支撐座采用三點(diǎn)，可以穩(wěn)定，也便于調(diào)整機(jī)器的水平。
圖6為本實(shí)用新型電控制原理方框圖，從圖中可示出，本實(shí)用新型可以通過附加的信息采集器，如掃描器、視頻攝像機(jī)、攝像頭、數(shù)字照像機(jī)隨時采集需要的信息，以滿足需求。采集信息時如使用數(shù)字照像機(jī)可以到遠(yuǎn)離高分辨率多功能彩色圖像表面噴印機(jī)的地方工作，而后將數(shù)字照像機(jī)帶回到高分辨率多功能彩色圖像表面噴印機(jī)處用數(shù)字接口將數(shù)字照像機(jī)中所儲存的信息通過傳輸電纜輸入高分辨率多功能彩色圖像表面噴印機(jī)中進(jìn)行編輯處理。攝像頭是用于現(xiàn)場圖像采像集的，不能運(yùn)離高分辨率多功能彩色圖像表面噴印機(jī)。
掃描器、視頻攝像機(jī)和數(shù)字照相機(jī)是高分辨率多功能彩色圖像表面噴印機(jī)的三個圖像數(shù)據(jù)信息輸入設(shè)備。它們分別將現(xiàn)已存的彩色圖像經(jīng)掃描儀轉(zhuǎn)變成為數(shù)字信號，現(xiàn)場用視頻攝像機(jī)攝取彩色圖像和隨時隨地由數(shù)字照相機(jī)拍攝的數(shù)字彩色圖像信號，經(jīng)過各自的接口電路板輸至數(shù)字圖像信號處理器。
高速中央數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)存儲器和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件組成了數(shù)字圖像信號處理器，對數(shù)字彩色圖像進(jìn)行各種藝術(shù)加工和編輯處理。圖像處理的結(jié)果即刻顯示在彩色圖像顯示終端器上。鍵盤輸入器和鼠標(biāo)控制器是人機(jī)對話的窗口。
由數(shù)字圖像信號處理器送出的噴印控制信號和X、Y軸電機(jī)控制信號，經(jīng)噴印頭與電機(jī)驅(qū)動電路板上各自相應(yīng)電路的放大和驅(qū)動，分別控制三彩色噴料從噴印頭的噴口噴出和協(xié)調(diào)X軸電機(jī)和Y軸電機(jī)的起止動作。
Z軸控制電路是一個閉環(huán)的自動控制回路，參見圖7，電磁渦流傳感器作為回路的測距輸入設(shè)備，它實(shí)際上是一個電感線圈，當(dāng)金屬板垂直地接近它時，線圈中的交變電磁場便感應(yīng)到金屬板上，并產(chǎn)生“電渦流”。由于渦流磁場作用，線圈的等效參數(shù)將隨之發(fā)生變化，測定其變化量即可得到測距數(shù)據(jù)。由Z軸傳感器送來的信號經(jīng)J102插座送入Z軸電路。經(jīng)U101的放大和整形再送到Z軸微處理器J102的P3.1口。經(jīng)U102的計算處理，由P1.6和1.7口給出Z軸電機(jī)的雙向控制信號，并分別經(jīng)由U103和U104的驅(qū)動放大后，從J101送到Z軸驅(qū)動電機(jī)。產(chǎn)生電渦流的金屬板表面即為Z軸的基準(zhǔn)面，與被噴印件的表面精確地處于同一水平面上，并隨同噴印件的Z軸平臺一齊做Z方向的受控隨動運(yùn)動。電磁渦流傳感器固定在與噴印頭的噴口同一水平面上，隨同噴印頭的Y軸平臺一齊做Y方向的受控隨動運(yùn)動，以保證噴印頭的噴口與被噴件的表面在噴印的全過程中保持恒定的相對間距。最佳相對間距由數(shù)字圖像信號處理器選定，并通過單片微處理器控制Z軸電機(jī)執(zhí)行。
圖8-
圖10為本實(shí)用新型電路控制中X、Y軸向部分電控制原理圖
圖11為X、Y軸電路和噴頭控制電路由X軸傳感器和Y軸傳感器送來的信號分別從J202和J203插座進(jìn)入X、Y軸電路。X軸和Y軸的信號在門陣U209中配合軟件進(jìn)行信號的初處理，再由計算機(jī)單元做進(jìn)一步的計算，J201再次送到門陣電路中。U201配合U204到U209共同，Y軸和噴印頭控制微處理器電路。微處理器給出的信號經(jīng)門陣電路分別形成噴印頭控制軸和Y軸信號。X軸信號由驅(qū)動器U301的放大，經(jīng)J302送到X軸電機(jī)；Y軸信號由驅(qū)動器U302的放大，經(jīng)J303送到Y(jié)軸電機(jī)；噴頭控制信號經(jīng)由Q305到Q315組合，經(jīng)J301送到彩色噴頭墨盒及黑色噴頭墨盒。
圖12為本實(shí)用新型電源部分電原理圖，電源電路采用開關(guān)穩(wěn)壓電源，將220V交流市電變成Y，Y，Z軸和噴頭電路所需的+55V，+24V和+42V的直流電源。本機(jī)采用全自動交流穩(wěn)壓器作為全機(jī)的交流供電的穩(wěn)定器，以提供220V+1％的交流電供應(yīng)本機(jī)采用普通的奔騰或奔騰II計算機(jī)作為計算單元，進(jìn)行圖像信號處理和X，Y軸以及噴頭主信號處理及主控制信號處理。數(shù)字照相機(jī)，視頻攝像機(jī)和掃描儀向計算機(jī)提供各種原始數(shù)據(jù)信息。
本機(jī)采用全自動交流穩(wěn)壓器作為全機(jī)的交流供電的穩(wěn)定器，以提供220V+1％的交流電供應(yīng)。
本實(shí)用新型的工作過程如下一、將需要噴繪的文稿或圖片給數(shù)據(jù)輸入裝置(掃描儀)，數(shù)據(jù)輸入裝置將所取得的數(shù)據(jù)信息傳給數(shù)據(jù)處理器，而后由數(shù)據(jù)處理器編輯處理，紡織處理的過程使用專用操作軟件使得處理過程簡便快捷，稿件在編輯處理時可以靈活地對原稿添加文字內(nèi)容，改變顏色插入圖形、圖像等；并在顯示器上直觀的監(jiān)視其編輯處理效果，經(jīng)數(shù)據(jù)處理器所處理數(shù)據(jù)信息的過程可以重復(fù)進(jìn)行，直到顯示器上的圖案或文字達(dá)到滿意。
二、將所處理的圖案及文字的數(shù)字信息通過數(shù)據(jù)傳輸電纜傳輸給噴印頭，噴印頭即刻將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為圖案、文字點(diǎn)跡將墨噴在塑料制品及金屬制品表面；如采用可食用墨汁可以將處理后的圖案及文字噴涂在食品表面；如餅干、蛋糕。墨合中的墨共有四種顏色分別為紅色、黃色、藍(lán)色、黑色；紅、黃、藍(lán)三色在數(shù)據(jù)處理器的控制下以據(jù)三基色的配色原理組合成幾百種不同的顏色，同時也可以組成黑色，機(jī)器中加入黑色墨水目地是為節(jié)省紅、黃、藍(lán)三種顏色。
高分辨率多功能彩色圖像表面噴印機(jī)可以作為一般單件圖案文字的噴印，也可以作為有一定數(shù)量的圖案文字的噴印工作，它即可在平面上噴印，也可以在凸?fàn)畹臐u變面上噴印圖案文字，在不同的材料表面噴圖時要使用不同的墨。
采用可食用的墨可以在食品的表面噴出圖案文字，在烘烤的食品如餅干、蛋糕的表面噴出圖案會很能引發(fā)人們的興趣，特別是在奶油蛋糕上，可以噴出生日的祝詞，也可以噴繪上人物的像，及風(fēng)景像使生日蛋糕變的別開生面。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1、應(yīng)用范圍廣，可適用于各種不同被噴涂工件。
2、由于自動編輯自動處理，自動控制協(xié)調(diào)X、Y、Z軸的行跡，使得其噴印不但適用于小批量單件的制作，也適應(yīng)于大批量的生產(chǎn)過程。
權(quán)利要求1.一種高分辨率多功能彩色圖像表面噴印機(jī)，是由噴印頭、噴印控制裝置及機(jī)座構(gòu)成，其特征在于所述的噴印頭由基座、工作臺、裝有滴墨墨盒的懸臂梁組成；工作臺安裝在基座的上面，并與可調(diào)整工作臺與懸臂梁之間距離的調(diào)整機(jī)構(gòu)的蝸軸相固定；在基座上導(dǎo)軌基面處安裝一供懸臂梁行進(jìn)的圓導(dǎo)軌；滴墨墨盒X向往復(fù)運(yùn)動的驅(qū)動軸、懸臂梁Y軸向行進(jìn)的驅(qū)動軸受牽于X、Y軸向驅(qū)動電機(jī)；Z軸向驅(qū)動電機(jī)與調(diào)整機(jī)構(gòu)聯(lián)接，X、Y、Z軸向驅(qū)動電機(jī)、滴墨墨盒的噴頭受控于主控制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分辨率多功能彩色圖像表面噴印機(jī)，其特征在于在基座上導(dǎo)軌基面處安裝一供懸臂梁行進(jìn)的圓導(dǎo)軌。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分辨率多功能彩色圖像表面噴印機(jī)，其特征在于懸臂梁下部安裝與圓導(dǎo)軌相接觸的滾輪。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種高分辨率多功能彩色圖像表面噴印機(jī),是由噴印頭、噴印控制裝置及機(jī)座構(gòu)成,噴印頭由基座、工作臺、裝有墨盒的懸臂梁組成;工作臺安裝在基座的上面,并與調(diào)整機(jī)構(gòu)的蝸桿軸相固定;在基座上導(dǎo)軌基面處安裝一供懸臂梁行進(jìn)的圓導(dǎo)軌;X、Y、Z軸向驅(qū)動電機(jī)、滴墨墨盒的噴頭受控于主控制電路。其可實(shí)現(xiàn)三維的調(diào)整,并可在工件漸變非平面上噴印圖案文字,應(yīng)用范圍廣,可適用于各種不同被噴涂工件。
文檔編號B41J2/01GK2379299SQ9921733
公開日2000年5月24日 申請日期1999年7月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月29日
發(fā)明者要文喜 申請人:要文喜, 雪秋黎